Luciferase encontrada em organismo coletado a 1.100 metros de profundidade funciona em temperaturas próximas a 2 °C e pode abrir caminho para novos biossensores e ferramentas de pesquisa biomédica

Pesquisadores identificaram em um coral de águas profundas uma enzima capaz de produzir luz mesmo em temperaturas próximas a 2 °C. A descoberta amplia o conhecimento sobre os mecanismos de bioluminescência no fundo do mar e pode contribuir para o desenvolvimento de novas ferramentas biotecnológicas destinadas a acompanhar processos celulares, detectar moléculas e estudar a evolução de doenças.

A nova luciferase, denominada AnmLuc, foi isolada da pena-do-mar Anthoptilum murrayi, um animal marinho do grupo dos cnidários, que também inclui águas-vivas e anêmonas. O organismo foi coletado durante uma expedição científica realizada a bordo do navio oceanográfico Alpha Crucis, da Universidade de São Paulo (USP).

Os resultados foram publicados na revista Biochemical and Biophysical Research Communications e representam, segundo os pesquisadores, a primeira caracterização bioquímica de uma luciferase proveniente de um coral de águas profundas.

Luz produzida no fundo do oceano

A bioluminescência ocorre quando uma enzima chamada luciferase reage com uma molécula conhecida como luciferina. Durante essa reação química, a luciferina é oxidada e parte da energia produzida é liberada na forma de luz.

O que chamou a atenção dos cientistas na AnmLuc foi justamente sua adaptação ao frio. Testes realizados em laboratório mostraram que a enzima apresenta atividade máxima em torno de 15 °C, mas continua funcionando de maneira eficiente entre 2 °C e 5 °C — faixa próxima à temperatura encontrada no ambiente de águas profundas onde vive o coral.

Para efeito de comparação, a luciferase da espécie de águas rasas Renilla reniformis, uma das mais estudadas pela ciência, alcança sua atividade máxima em temperaturas próximas a 25 °C.

A característica torna a nova enzima especialmente interessante para aplicações que precisam funcionar em baixas temperaturas.

Coral foi encontrado a 1.100 metros de profundidade

A descoberta começou em 2019, durante uma campanha do projeto Deep Ocean, apoiado pelo programa BIOTA-FAPESP. A expedição realizou coletas entre 200 e 1.500 metros de profundidade no talude continental, na região marítima entre os Estados de São Paulo e Rio de Janeiro.

Utilizando uma rede de arrasto com aproximadamente 20 metros de abertura, os pesquisadores recolheram peixes, lulas, moluscos, corais e outros organismos adaptados às condições extremas do oceano profundo, marcadas pela ausência de luz, baixas temperaturas e elevada pressão.

Entre os animais capturados estava a Anthoptilum murrayi, encontrada a aproximadamente 1.100 metros de profundidade.

Como os cientistas não sabiam previamente quais dos organismos coletados eram capazes de produzir luz, os exemplares eram examinados em uma sala escura ainda a bordo do navio. Foi durante esses testes que os pesquisadores perceberam que a pena-do-mar emitia um brilho verde quando estimulada.

A observação deu início à investigação sobre o mecanismo molecular responsável pelo fenômeno.

Mais de um ano para produzir a enzima

Para identificar a luciferase, os pesquisadores analisaram o transcriptoma do coral — conjunto de moléculas de RNA que permite verificar quais genes estavam ativos no organismo — e procuraram sequências semelhantes às de outras enzimas bioluminescentes conhecidas.

Depois de identificar um gene candidato, a equipe o inseriu na bactéria Escherichia coli para produzir a enzima em laboratório.

O processo, porém, não foi simples. Inicialmente, as bactérias produziam a proteína de maneira insolúvel, impedindo sua utilização nos experimentos.

Os pesquisadores passaram mais de um ano testando diferentes condições até descobrir que uma linhagem bacteriana modificada para funcionar em baixas temperaturas conseguia produzir corretamente a luciferase.

Foi então possível purificar a AnmLuc e estudar suas propriedades.

Coral brilha verde, mas enzima produz luz azul

Os experimentos revelaram ainda outro mistério. Enquanto o coral vivo observado durante a expedição emitia luz verde, a luciferase isolada em laboratório produziu luz azul.

A diferença sugere que a AnmLuc não atua sozinha no sistema bioluminescente do animal.

A principal hipótese dos pesquisadores é que exista no coral uma proteína fluorescente acessória capaz de absorver a luz azul produzida pela reação química e reemiti-la em verde.

A equipe agora tenta identificar essa segunda molécula para compreender completamente o mecanismo responsável pela coloração observada no animal.

Descoberta pode gerar novas ferramentas biotecnológicas

Além de ajudar a compreender a evolução da bioluminescência, a AnmLuc apresenta potencial para aplicações na pesquisa biomédica.

Luciferases já são utilizadas como marcadores biológicos porque permitem acompanhar processos celulares e moleculares por meio da luz produzida durante a reação. Ao adicionar a luciferina, os cientistas conseguem detectar determinadas moléculas com grande sensibilidade e observar fenômenos biológicos em tempo real.

Como a AnmLuc mantém atividade em temperaturas muito baixas, poderá ser útil no desenvolvimento de biossensores e outros sistemas moleculares projetados especificamente para funcionar em ambientes frios.

A pesquisa também reforça o potencial científico ainda pouco explorado das águas profundas brasileiras. Ambientes extremos podem abrigar organismos com características bioquímicas únicas e moléculas capazes de gerar aplicações ainda desconhecidas.

O estudo é resultado da pesquisa de doutorado de Gabriela Amancio Galeazzo, desenvolvida nos institutos Oceanográfico e de Química da USP sob orientação de Anderson Garbuglio de Oliveira, atualmente professor da Universidade Yeshiva, nos Estados Unidos.

Também participaram pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp), Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e Universidade Federal do ABC (UFABC). O trabalho recebeu apoio da FAPESP.